(57)【要約】【課題】      高流量及び高負荷能力を併せ持つスパイラルオフセット軸受を提供することを目的とする。【解決手段】  軸本体１を包む円筒状の軸受面２を、中心軸が異なる複数の円弧面２ａ，２ｂで形成し、かつこれらの円弧面２ａ，２ｂに螺旋状の溝４を形成する。【選択図】    図１
2005061543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を包む円筒状の軸受面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とするスパイラルオフセット軸受。
【請求項２】
円筒状の軸受面で包まれる軸の外周面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とするスパイラルオフセット軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり軸受に関し、例えば、生体機械等に用いられるポンプ内通過流体で潤滑するすべり軸受などに適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転機械の軸受として使用されるすべり軸受及びすべり軸受装置の一例を図６及び図７に示す。図６は特開平５−１７２１４１号公報に開示されているものであり、図７は特開平５−１８７４３６号公報に開示されたものである。
【０００３】
図６について説明をする。ハウジング１０１の中心部に固定軸１０２が立設され、この固定軸１０２にラジアル軸受すきまＣ１を介してスリーブ１０３が回転自在に嵌合されている。前記スリーブ１０３の内周面に円筒状のラジアル軸受面１０４が設けられ、前記固定軸１０２の外周面に設けたラジアル受面１０５と対向している。前記ラジアル軸受面１０４にはへリングボーン状の動圧発生用みぞ１０６が設けられ、ラジアル流体軸受Ｒを構成している。これに対し、スラスト軸受Ｓは吸引型の磁気軸受であり、前記スリーブ１０３の外側に設けられている。すなわち、前記スリーブ１０３の外周面の下端部にリング状の永久磁石１０７が固着され、前記ハウジング１０１の内周面に位置して前記永久磁石１０７に対向する位置に他のリング状の永久磁石１０８が固着されている。前記永久磁石１０７の外周面と前記永久磁石１０８の内周面とがスラスト軸受すきまＣ２を介して互いに引き合うようになっている。
【０００４】
前記スリーブ１０３は、外周面に突出させた小さなフランジ１０９を有し、そのフランジ１０９の上の前記スリーブ１０３の外周面にミラー１１０が嵌合されている。また、前記フランジ１０９の下の前記スリーブ１０３外周面には、駆動モータ１１１のロータ１１２を取り付けたケース１１３が嵌合されている。前記ロータ１１２と半径方向に対向する位置には、前記ハウジング１０１に取り付けられたステータコイル１１４が設けられている。このステータコイル１１４の下方には、モータ基板１１５が設置されている。
【０００５】
図７について説明する。この装置はモータケーシングを構成する基台１１６を備え、その上面にはコイル基板１１７が止めボルト１１８によって取り付けられ、その内部には、モータを構成する鉄心１１９及びコイル１２０が設置されている。前記基台１１６の中心には主軸１２１が下止めナット１２２で固定され、その主軸１２１の外周には外周にへリングボーン形状の動圧発生溝１２３ａを有するラジアル円筒部１２３が設けられている。そしてこのラジアル円筒部１２３の外周には回転体Ｒを構成するリング状のラジアルスリーブ１２４が回転自在に設けられている。このラジアルスリーブ１２４を挟んで上下に上部スラスト板１２５及び下部スラスト板１２６が設けられ、回転体Ｒの軸方向のスラスト荷重を受けるようになっている。前記上下スラスト板１２５，１２６の前記ラジアルスリーブ１２４側の面にはそれぞれスパイラル形状の動圧発生溝１２５ａ，１２６ａが形成されている。また、前記ラジアル円筒部１２３と前記上下スラスト板１２５，１２５は、上止めナット１２７にて固定されている。
【０００６】
前記ラジアルスリーブ１２４の下部外周部にはリング状のヨーク１２８が設置され、この下方に延びるリング部１２９の内側にリング状のマグネット１３０ａが取り付けられている。前記ヨーク１２８の上側には、外周面からの平面形状が多角形であってその外周面に鏡面Ｍが形成されたロータ１３０が位置している。そして、前記ラジアルスリーブ１２４とロータ１３０との間には中間リング１３１が配置されている。前記中間リング１３１は前記ラジアルスリーブ１２４の外周面に固定され、前記ロータ１３０は前記中間リング１３１に固定されている。これら前記ロータ１３０と前記中間リング１３１は外部回転体を構成している。
【０００７】
上述した二つの従来のすべり軸受及びすべり軸受装置は、軸受面にスパイラル形状及びへリングボーン形状である動圧発生溝を形成させたスパイラル軸受及びへリングボーン軸受である。また、すべり軸受におけるオフセット軸受の従来技術においては、実開平６−４０４４２号公報に開示されているものがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７２１４１号公報
【特許文献２】特開平５−１８７４３６号公報
【特許文献３】実開平６−４０４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような回転機械に使用されるすべり軸受においては、軸受の冷却性能，異物排出性能、及び高い負荷能力が求められる。特に生体機械の中でも人工心臓のようにポンプ内通過流体で潤滑する自己液潤滑（この場合は血液）軸受の場合は、これらの内容については欠かすことのできないものである。冷却性能及び異物排出性能は潤滑性に関わるもので、生体機械でのポンプ内の潤滑性の悪化は、血液を凝固させてしまう原因になるので、血栓防止をする上にも軸受内を通過する流量を増やす必要がある。
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１，２においては、軸受面にへリングボーン形状及びスパイラル形状の動圧発生溝を形成させることにより軸受通過流量を改善しているが、負荷能力の向上については特に改善しているところはなく、軸受が不安定になるという問題がある。特許文献３においては、一定の径の回転軸に対し、二つの異なる内径を有する軸受面をオフセットして配置させていることより、高い負荷能力は保持できるが、軸受内を通過する流量については改善されてはいず潤滑性に問題がある。
【００１１】
スパイラル軸受は軸受内を通過する流量を稼ぐことができ、オフセット軸受は高い負荷能力を稼ぐことが可能である。従って、本発明は、高流量及び高負荷能力を併せ持つスパイラルオフセット軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係るスパイラルオフセット軸受は、軸を包む円筒状の軸受面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係るスパイラルオフセット軸受は、円筒状の軸受面で包まれる軸の外周面を、中心軸が異なる複数の円弧面で形成し、かつこれらの円弧面に螺旋状の溝を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上、本発明に係るスパイラルオフセット軸受によれば、回転軸の中心軸を二円弧からなる軸受面のそれぞれの軸線に対してオフセットすることで、軸受面は潤滑剤を介して回転軸からの荷重を安定して受けられるため高い負荷能力を持つことが可能になる。また、軸受面にスパイラル溝を形成させることにより、潤滑剤の軸受内通過量が増加する。従って、潤滑性，冷却性，異物排出性は向上する。更に、軸受面は軸受の内周面及び外周面のどちらに形成しても上記のような効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るスパイラルオフセット軸受を実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態のスパイラルオフセット軸受の正面図を示し、同図（ｂ）はそのＸ−Ｘ矢視縦断面図を示す。図２（ａ）〜（ｄ）は図１（ｂ）におけるＡ−ＡからＤ−Ｄまでの各矢視断面図を示す。
【００１７】
回転軸３を包む軸受本体１は円筒形をなしており、この軸受本体１の内周面には軸受面２が形成される。前記軸受面２は、軸線Ｏａを中心とした半径Ｒａの軸受面２ａと、軸線Ｏｂを中心とした半径Ｒｂの軸受面２ｂとからなる二つの円弧面により形成されている。前記軸受面２ａ及び２ｂに囲まれた空間２ｃには、図示しないが潤滑剤が満たされている。前記回転軸３はこの空間内に位置し、潤滑剤を介して前記軸受面２ａ及び２ｂに回転自在に支持されている。前記回転軸３の回転方向を図中矢印で示す。また、前記軸受面２ａと２ｂの接する位置からスパイラル溝４が、前記軸受本体１の軸線方向に沿って螺旋状に形成されている。
【００１８】
このような構成にすることにより、前記回転軸３の中心軸Ｏ1は、前記軸受面２ａの軸線Ｏａ及び２ｂの軸線Ｏｂに対して常にオフセットされている。これにより前記回転軸３が回転すると、前記軸受面２ａ及び２ｂと前記回転軸３の隙間では、潤滑剤は狭いほうへ押し込まれて流れる。この結果、くさびを打ち込んだように潤滑剤の膜に圧力が生じ、前記軸受面２ａ，２ｂは前記回転軸３が受けた荷重を支えることができる。前記軸受面２ａ及び２ｂと前記回転軸３は、前記回転軸３が受けた荷重に逆らって引き離され、潤滑剤を介して滑ることになる。従って、前記軸受本体１は安定し、高い負荷能力を得ることができる。
【００１９】
また、前記スパイラル溝４を設けたことにより、前記回転軸３が回転すると同時に潤滑剤が巻き込まれ、前記軸受面２ａ及び２ｂと前記回転軸３の隙間を潤滑剤がより多く通過できる。これにより、潤滑剤の高流量が保てるので潤滑性の向上は勿論のこと、軸受の冷却性及び異物排出性が向上する。
【実施例２】
【００２０】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態のスパイラルオフセット軸受の正面図を示し、同図（ｂ）はその側面図を示す。図４（ａ）〜（ｄ）は図３（ｂ）におけるＡ−ＡからＤ−Ｄまでの各矢視断面図を示す。
【００２１】
円筒形をなす回転軸５の内周面５ａに囲まれた空間５ｂには図示しないが潤滑剤が満たされている。固定軸６は前記円筒５ａ内に位置し、この潤滑剤を介して前記回転軸５を支持している。前記回転軸５の回転方向を図中矢印で示す。すなわち、前記固定軸６の表面は軸受面７となる。前記軸受面７は、軸線Ｏｃを中心とした半径Ｒｃの軸受面７ａと、軸線Ｏｄを中心とした半径Ｒｄの軸受面７ｂとからなる二つの円弧面により形成されている。また、前記軸受面７ａと７ｂの接する位置からスパイラル溝８が、前記固定軸６の軸線方向に沿って螺旋状に形成されている。
【００２２】
このような構成にすることにより、前記回転軸５の中心軸Ｏ2は、前記軸受面７ａの軸線Ｏｃ及び７ｂの軸線Ｏｄに対して常にオフセットされている。これにより前記回転軸５が回転すると、前記軸受面７ａ及び７ｂと前記回転軸５の隙間では、潤滑剤は狭いほうへ押し込まれて流れる。この結果、くさびを打ち込んだように潤滑剤の膜に圧力が生じ、前記軸受面７ａ，７ｂは前記回転軸５が受けた荷重を支えることができる。前記軸受面７ａ及び７ｂと前記回転軸５は、前記回転軸５が受けた荷重に逆らって引き離され、潤滑剤を介して滑ることになる。従って、前記固定軸６は安定し、高い負荷能力を得ることができる。
【００２３】
また、前記スパイラル溝８を設けたことにより、前記回転軸５が回転すると同時に潤滑剤が巻き込まれ、前記軸受面７ａ及び７ｂと前記回転軸５の隙間を潤滑剤がより多く通過できる。これにより、潤滑剤の高流量が保てるので潤滑性の向上は勿論のこと、軸受の冷却性及び異物排出性が向上する。
【００２４】
上述した二つの実施例においては、軸受面であるオフセットさせた面を２面としたが、それ以上の多円弧にしても構わない。また、スパイラル溝の捻り角度は、回転軸の回転数，軸長，軸径等により、溝の形状は設定する流量や流速等により任意に設定してよい。
【００２５】
図５には、このようなスパイラオフセット軸受を用いた人工心臓ポンプの概略断面図を示す。
【００２６】
ハウジング９の中心部には固定軸１０が立設されている。前記固定軸１０の周りには回転軸１１が位置する。回転軸１１は前記固定軸１０に軸受隙間Ｘを介して回転自在に支持されている。前記固定軸１０の外周面は二つの円弧面からなり、それぞれの円弧面の中心軸線は前記回転軸１１の内周面の中心軸線とオフセット状態にある。そのオフセットされた円弧面のずれた位置からは、前記固定軸１０の表面を軸線方向にスパイラル溝１０ａが螺旋状に形成されている。前記回転軸１１内部にはマグネット１２が設置されている。前記回転軸１１の軸線方向に隣接する前記ハウジング９の内部には、前記マグネット１２に対抗するようにステータコイル１３が設置されている。また、前記回転軸１１の上流側には羽根１４が取り付けられている。
【００２７】
流入口１５から浸入した血液は、前記回転軸１１の回転により回転する前記羽根１４によって、排出口１６へ流れて排出される。この血液の流れを図中Ａと示す。しかし、侵入してきた血液の一部は、前記回転軸１１の中心部へ流れるものもある。この血液の流れを図中Ｂと示す。前記回転軸１１の中心部へ流れる血液Ｂ流は、前記固定軸１０と前記回転軸１１の隙間である軸受隙間Ｘへ侵入する。つまりこの軸受隙間Ｘへ侵入して血液Ｂ流は潤滑剤になるわけである。
【００２８】
前記回転軸１１の内周面の軸線は、前記固定軸１０の外周をなす二つの円弧面の軸線に対しオフセットしているので、軸受隙間Ｘに侵入した血液は潤滑剤として膜を形成して圧力を生じる。これにより、前記固定軸１０が前記回転軸１１の受けた荷重を支え、また、前記回転軸１１の回転により前記固定軸１０の表面のスパイラル溝１０ａに沿って血液が円滑に通過できるようになる。
【００２９】
軸受隙間Ｘを通過した血液は、前記ハウジング９が前記固定軸１０と直交する面９ａと前記回転軸１１の下流側の端面１１ａとの隙間を流れる。その後、前記ハウジング９が前記固定軸１０と平行となす面９ｂと前記回転軸１１の外周面１１ｂとの隙間を流れて、前記排出口１５を通って排出される。
【００３０】
このように前記スパイラル溝１０ａを設けることにより、軸受隙間Ｘを通過する血液が増加するので、潤滑性及び冷却性の向上に繋がる。しかも、流れが淀むこともなくなるので、血液が固まる恐れがなく血栓防止の効果にも繋がる。この実施例においては、前記スパイラル溝１０ａを前記固定軸１０の表面に形成させたが、前記回転軸１１の内周面１１ｃに形成させても同様の効果か得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
生体機械等に用いられるポンプ内通過流体で潤滑するすべり軸受などに適用されるものである。特に人工心臓ポンプに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態を示すスパイラルオフセット軸受における正面図である。（ｂ）同図（ａ）のＸ−Ｘ矢視縦断面図である。
【図２】図１（ｂ）におけるＡ−ＡからＤ−Ｄまでの各矢視断面図である。
【図３】（ａ）本発明の第２の実施形態を示すスパイラルオフセット軸受における正面図である。（ｂ）同図（ａ）の側面図である。
【図４】図３（ｂ）におけるＡ−ＡからＤ−Ｄまでの各矢視断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るスパイラルオフセット軸受を用いた人工心臓ポンプの概略断面図である。
【図６】従来のすべり軸受装置の一例の概略断面図である。
【図７】従来のすべり軸受の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      軸受本体
２ａ，２ｂ      軸受面
２ｃ    空間
３      回転軸
４      スパイラル溝
５      回転軸
５ａ    内周面
５ｂ    空間
６      固定軸
７ａ，７ｂ      軸受面
８      スパイラル溝
９      ハウジング
１０    固定軸
１１    回転軸
１２    マグネット
１３    コイル
１４    羽根
１５    流入口
１６    排出口
【図１】
2005061543.tif 000003
【図２】
2005061543.tif 000004
【図３】
2005061543.tif 000005
【図４】
2005061543.tif 000006
【図５】
2005061543.tif 000007
【図６】
2005061543.tif 000008
【図７】
2005061543.tif 000009